複雜工況下雙饋風力發電系統運行穩定分析與協同控制

《複雜工況下雙饋風力發電系統運行穩定分析與協同控制》是依託天津大學，由宋戰鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜工況下雙饋風力發電系統運行穩定分析與協同控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋戰鋒
• 依託單位：天津大學

項目摘要

在風電機組單機容量不斷增大、裝機總量持續攀升的現有形勢下，風力發電系統面臨著電網故障穿越運行等日益複雜的運行工況，對電氣性能和機械部件均提出了嚴峻挑戰，控制系統需要在調節電氣性能的同時兼顧振動抑制、載荷削弱等運行穩定問題。本課題從雙饋風力發電運行穩定控制角度出發，在分析風速波動等正常工況下系統運行穩定行為特性的基礎上，揭示電網故障特別是不對稱故障對系統運行穩定的影響機制；基於預測控制理論設計控制系統，將轉子電流輸出限值、葉片槳距角調節速度與幅值、系統振動模態幅值轉化為約束條件，基於規劃方法確定轉子電流控制信號和葉片槳距角控制信號，實現系統電氣性能與運行穩定的協同控制，在最佳化雙饋風力發電系統整體運行效能的同時，提升其對電網故障等複雜工況的承受與適應能力，為大型風力發電系統設計與運行控制技術的進一步完善提供新的思路。

結題摘要

針對複雜工況下雙饋風力發電系統的運行穩定控制需求，建立了涵蓋定子磁鏈變化等電磁過程及發電機、功率變換器、葉片、塔身、傳動鏈等組件的系統模型，該模型囊括傳動鏈振動、塔身彎曲與抖振、葉片振顫與剪下等運行模態。針對所建模型開展了可信度評估，分別從模型接口、機械氣動分析、電磁特性分析等方面評估了所建模型的正確性及其分析結果的可信度。基於該模型，在分析正常工況下雙饋風力發電系統運行穩定特性的基礎上，研究了電網單相故障、相間故障及三相故障等引起的電網電壓對稱跌落、電網電壓不對稱等工況對系統運行特性的影響，分析了電磁暫態衝擊對系統機械載荷的作用機制，闡明了對稱及不對稱故障等工況下雙饋風力發電系統運行穩定暫態回響特性的差異及其誘發原因。在此基礎上，將預測控制引入雙饋風力發電系統控制體系，提出了基於價值函式最小化的協同預測控制策略，將系統運行穩定控制問題轉化為複雜約束條件下價值函式最小化問題。根據風力發電系統控制量參考軌跡及功率傳輸特性，採用扇區甄別策略篩選有效作用矢量，基於權值因子構建價值函式，將系統運行穩定控制需求納入約束條件，以價值函式最小為評價標準得出雙饋風力發電系統控制信號，有效保證了雙饋風力發電系統的實時最優運行。在上述研究基礎上，提出了基於最優時間序列的預測控制策略，在繼承預測控制線上自動尋優、能夠兼顧約束條件、動態回響快等顯著優勢的基礎上，有效避免了鎖相誤判誘發的電流波動，顯著提升了系統的穩態運行特性。本項目取得的研究成果有利於提升雙饋風力發電系統在複雜工況下的整體運行效能，為大型風力發電機組分析、設計與控制技術的進一步完善提供了新的思路。結合本項目研究，課題組在IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics、IEEE Transactions on Energy Conversion等發表學術論文12篇，其中SCI收錄8篇、EI收錄12篇；申請發明專利4項，其中2項已授權。